CN106052644A - 一种适用于重力仪的倾角测量及校正系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于重力仪的倾角测量及校正系统。所述系统包括激励源电路、第一单轴倾角传感器电路、第二单轴倾角传感器电路、第一相敏检波电路、第二相敏检波电路、第一信号放大电路、第二信号放大电路、第一低通滤波电路和第二低通滤波电路。采用本发明所述的倾角测量及校正系统，当重力仪的角度发生倾斜时，能够准确的、高精度的测量出来倾角的大小，从而及时对重力仪进行角度调整。

Description

一种适用于重力仪的倾角测量及校正系统
技术领域
本发明属于地质勘测领域，尤其是涉及一种适用于重力仪的倾角测量及校正系统。
背景技术
重力仪是用来测定重力加速度的仪器，作为相对重力仪，用来测定两点之间的相对重力加速度差。在进行地质勘测时，要求将重力仪位置精确地调节到水平状态，精确指示倾斜角度，倾角分辨率要求能达到1角秒，但是国内现在尚没有测量重力仪倾角的系统。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明提供一种能够准确测量重力仪倾斜角度以及校正倾角的系统。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种适用于重力仪的倾角测量及校正系统，所述系统包括激励源电路、第一单轴倾角传感器电路、第二单轴倾角传感器电路、第一相敏检波电路、第二相敏检波电路、第一信号放大电路、第二信号放大电路、第一低通滤波电路和第二低通滤波电路；
所述激励源电路产生第一方波信号和第二方波信号；所述第一方波信号输入到第一单轴倾角传感器电路，第二方波信号输入到第二单轴倾角传感器电路；从第一单轴倾角传感器电路出来的信号进入到第一相敏检波电路，从第二单轴倾角传感器电路出来的信号进入到第二相敏检波电路；从第一相敏检波电路出来的直流电信号进入第一信号放大电路，从第二相敏检波电路出来的直流电信号进入第二信号放大电路；从第一信号放大电路出来的信号进入第一低通滤波电路，从第二信号放大电路出来的信号进入第二低通滤波电路，相敏检波电路输出的信号经过放大电路后仍然存在244hz的锯齿阶梯，使用一阶无源低通滤波后，变成纯直流信号。
进一步的，所述第一单轴倾角传感器和第二单轴倾角传感器均为电解质倾角传感器。
电解质倾角传感器具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀、耐潮湿等特点，但温度变化会影响其工作特性；本发明用的是RG-33T型倾角传感器，RG-33T型倾角传感器是一种液摆式电解质倾角传感器，测量范围为-0.5°～+0.5°,分辨率为0.2″，重复精度为0.0008°，时间常数为0.2s(20℃环境温度下)。
电解质型倾角传感器可分为单轴和双轴，本发明选用的是单轴倾角传感器。单轴倾角传感器有三个引脚，从密封的小玻璃瓶中引出。在盛有电解质溶液的玻璃瓶中留有一气泡，当装置倾斜时气泡会运动使电阻发生变化而产生出倾角的“液体摆”，类似于机械式水平尺的玻璃水泡，因此也可称电解质型倾角传感器为“电子水泡”。当单轴倾角传感器微微倾斜，电解质液体流动，在重力的作用下，电解质液体表面保持水平。单轴倾角传感器相当于一个线性电位器R，改变单轴倾角传感器倾斜角度，相当于滑动电位器的中间抽头，两端的电阻R1、R2发生相对变化，电阻与倾角成比例变化。而单轴倾角传感器可以测量的倾角范围为电解液容量、电极间距和电极长度的函数。
进一步的，所述第一方波信号和第二方波信号的占空比为1:1，且频率相同、幅度相等、相位相反。
进一步的，所述第一方波信号的频率与第一单轴倾角传感器的频率相匹配，第二方波信号的频率与第二单轴倾角传感器的频率相匹配。
优选的，所述第一方波信号和第二方波信号的频率均为244Hz，幅度均为0.714V。对于不同类型的电解质型倾角传感器，激励源电路产生的方波频率可以不相同，本发明中激励源电路产生的方波频率选为244Hz。
进一步的，所述激励源电路由激励源发生电路和激励信号驱动电路组成；激励源发生电路由电压基准电路和斩波电路组成，激励信号驱动电路由两个运算放大器组成的跟随器组成。激励源发生电路产生的两路方波信号，经两个由运算放大器组成的跟随器作为驱动电路，以提高激励源驱动能力。
由于电解质型倾角传感器电解液的特性，直流电流能引起电解质的化学反应，最终结果使电解质失去导电性，对传感器造成不可逆转的损坏，所以为了防止电解反应的发生，传给传感器的信号不能含有直流必须为交变电流，在两根电极之间加上幅值相等的交流电压，电极之间会形成离子电流。
进一步的，所述第一相敏检波电路和第二相敏检波电路都是由电子开关电路和相敏检波器组成。电子开关电路用来控制相敏检波器，当电子开关电路处于“断开”状态时，相敏检波器为反向运算放大器，输入与输出信号反向；当电子开关电路处于“接通”状态时，相敏检波器为同向运算放大器，输入与输出信号同向。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：采用本发明所述的倾角测量及校正系统，当重力仪的角度发生倾斜时，能够准确的、高精度的测量出来倾角的大小，从而及时对重力仪进行角度调整。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明产生的方波示意图；
图3是激励源电路结构示意图；
图4是第一相敏检波电路结构示意图；
图5是信号放大电路结构示意图；
图6是低通滤波电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明做进一步解释说明。
一种适用于重力仪的倾角测量及校正系统，如图1所示，所述系统包括激励源电路1、第一单轴倾角传感器电路2、第二单轴倾角传感器电路3、第一相敏检波电路4、第二相敏检波电路5、第一信号放大电路6、第二信号放大电路7、第一低通滤波电路8和第二低通滤波电路9；
所述激励源电路1产生第一方波信号a和第二方波信号a’，如图2所示，方波的占空比为1:1，频率为244HZ，信号幅度为0.714V；所述第一方波信号a输入到第一单轴倾角传感器电路2，第二方波信号a’输入到第二单轴倾角传感器电路3；从第一单轴倾角传感器电路2出来的信号进入到第一相敏检波电路4，从第二单轴倾角传感器电路3出来的信号进入到第二相敏检波电路5；从第一相敏检波电路4出来的直流电信号进入第一信号放大电路6，从第二相敏检波电路5出来的直流电信号进入第二信号放大电路7；从第一信号放大电路6出来的信号进入第一低通滤波电路8，从第二信号放大电路7出来的信号进入第二低通滤波电路9。
所述的激励源电路1由激励源发生电路和激励信号驱动电路组成；激励源发生电路由电压基准电路和斩波电路组成，激励信号驱动电路由两个运算放大器组成的跟随器组成。具体结构如图3所示：
由U17、U18、C34、C35、C36、R15、R16组成激励源发生电路，从C34、C35输入12v的直流电给U17，经过U17后的电压转变为5v电压，优选MAX6350作为U17的型号，从U17出来的5v直流电压经过分压作用的R15、R16，5v直流电压变成0.714v后进入C36滤波电容，经过C36的滤波后进入U18，在U18中将0.714v的直流电转变成幅值为0.714v的交流电；
由U19A、U19B、C26组成激励信号驱动电路，激励源发生电路产生的两路方波信号分别经过U19A、U19B运算放大器后得到第一方波信号a和第二方波信号a’，如图3所示。
所述第一相敏检波电路4和第二相敏检波电路5电路组成相同，所起作用也相同，以第一相敏检波电路4为例进行说明。
相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。第一相敏检波电路4主要由两部分组成，如图4所示，一是由U22组成的电子开关电路，控制相敏检波器；二是由U3C组成的相敏检波器部分。当电子开关电路处于“断开”状态时，相敏检波器为反向运算放大器，输入与输出信号反向；当电子开关电路处于“接通”状态时，相敏检波器为同向运算放大器，输入与输出信号同向。
第一信号放大电路6由U15、U3D、C22、C23、C24、R12、R22、R23、R35等组成；第二信号放大电路7由U21、U4D、C25、C29、C31、R14、R21、R25、R27等组成。其中，所述U15、U21选用AD8429仪表放大器，AD8429放大微小信号，AD8429具有高共模抑制比(CMRR)，CMRR随着增益提高而提高，如图5所示，其中，图上所述的测X电路指的是第一信号放大电路6，测Y电路指的是第二信号放大电路7。
相敏检波输出后，信号存在244Hz的锯齿阶梯，使用一阶无源低通滤波后，变成纯直流信号送到A/D入口端。由U3A、U3B、C13、C14、C15、C16、R9、R10、R11等组成第一低通滤波电路；由U4A、U4B、C21、C28、C32、C33、R13、R24、R28等组成第二低通滤波电路，如图6所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于重力仪的倾角测量及校正系统，其特征在于，所述系统包括激励源电路、第一单轴倾角传感器电路、第二单轴倾角传感器电路、第一相敏检波电路、第二相敏检波电路、第一信号放大电路、第二信号放大电路、第一低通滤波电路和第二低通滤波电路；
所述激励源电路产生第一方波信号和第二方波信号；所述第一方波信号输入到第一单轴倾角传感器电路，第二方波信号输入到第二单轴倾角传感器电路；从第一单轴倾角传感器电路出来的信号进入到第一相敏检波电路，从第二单轴倾角传感器电路出来的信号进入到第二相敏检波电路；从第一相敏检波电路出来的直流电信号进入第一信号放大电路，从第二相敏检波电路出来的直流电信号进入第二信号放大电路；从第一信号放大电路出来的信号进入第一低通滤波电路，从第二信号放大电路出来的信号进入第二低通滤波电路。
2.如权利要求1所述的适用于重力仪的倾角测量及校正系统，其特征在于，所述第一方波信号和第二方波信号的占空比为1:1，且频率相同、幅度相等、相位相反。
3.如权利要求2所述的适用于重力仪的倾角测量及校正系统，其特征在于，所述第一方波信号的频率与第一单轴倾角传感器的频率相匹配，第二方波信号的频率与第二单轴倾角传感器的频率相匹配。
4.如权利要求2-3任一所述的适用于重力仪的倾角测量及校正系统，其特征在于，所述第一方波信号和第二方波信号的频率均为244Hz，幅度均为0.714V。
5.如权利要求1所述的适用于重力仪的倾角测量及校正系统，其特征在于，所述第一单轴倾角传感器和第二单轴倾角传感器均为电解质倾角传感器。
6.如权利要求1所述的适用于重力仪的倾角测量及校正系统，其特征在于，所述激励源电路由激励源发生电路和激励信号驱动电路组成；激励源发生电路由电压基准电路和斩波电路组成，激励信号驱动电路由两个运算放大器组成的跟随器组成。
7.如权利要求1所述的适用于重力仪的倾角测量及校正系统，其特征在于，所述第一相敏检波电路和第二相敏检波电路都是由电子开关电路和相敏检波器组成。
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